化学机械研磨方法及晶片清洗方法技术

本发明专利技术公开了化学机械研磨方法，包括步骤：将待研磨晶片放置于化学机械研磨设备中，且所述晶片上已形成介质层、位于所述介质层内的通孔开口、以及位于所述通孔开口内及所述介质层上的金属层；对所述晶片进行第一研磨，令所述晶片表面露出所述介质层，在所述通孔开口内形成金属结构；对所述晶片进行第二研磨，令所述通孔开口内的金属结构高于所述介质层；将去离子水与氢氟酸相混合，形成浓度在０．０３％至０．０８％之间的氢氟酸溶液；利用所述氢氟酸溶液清洗研磨后的晶片。本发明专利技术还对应公开了研磨后的晶片清洗方法，采用本发明专利技术的机械研磨方法及晶片清洗方法，可以有效减少研磨金属层后晶片表面的颗粒缺陷数。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造
，特别涉及一种化学机械研磨方法 及晶片清洗方法。
技术介绍
随着超大规模集成电路ULSI(Ultra Large Scale Integration)的飞速发 展，集成电路制造工艺变得越来越复杂和精细，对晶片表面的平整度要 求也越来越严格。而现在广泛应用的多层布线技术会造成晶片表面起伏 不平，对图形制作极其不利。为此，需要对晶片进行平坦化(Planarization) 处理，使每一层都具有较高的全局平整度。目前，化学机械研磨方法 (CMP, Chemical Mechanical Polishing)是达成全局平坦化的最佳方法， 尤其在半导体制作工艺进入亚微米(sub-micron)领域后，化学机械研磨已 成为一项不可或缺的制作工艺技术。化学机械研磨方法(CMP)是一种复杂的工艺过程，其通过晶片和 研磨头之间的相对运动来平坦化晶片表面。图l为现有的化学机械研磨设 备的结构示意图，如图l所示，化学机械研磨时，通过转动的研磨头IOI 将晶片102以一定的压力压置于旋转的转盘104上的研磨垫103上，混有极 小研磨颗粒的研磨液105通过研磨液输送管106滴落于研磨垫103上，并在 研磨垫103的传输和旋转离心力的作用下，均匀分布于其上，在晶片102 和研磨垫103之间形成一层流体薄膜，研磨液中的化学成分与晶片产生化 学反应，将不溶物质转化为易溶物质，然后通过研磨颗粒的微机械摩擦 将这些化学反应物从晶片表面去除，从而获得光滑无损伤的平坦化表面。此外，为了清洁表面粗糙且具有孔洞的研磨垫内残留的研磨液，需 要有一个研磨垫整理装置，其用于将研磨垫表面的颗粒移除，并修复研磨垫，使研磨垫恢复粗糙的表面，以确保研磨工艺更为稳定。通常所用 的研磨垫整理装置如图l所示，由支撑臂108和》务正盘(brush) 107组成。随着超大规模集成电路的迅速发展，芯片的集成度越来越高，元器 件的尺寸越来越小，因器件的高密度、小尺寸引发的各种效应对半导体 工艺制作结果的影响日益突出，对各步工艺制程也会提出一些新的要 求。以利用化学机械研磨方法平坦化金属层为例。图2至图4说明了现有 的利用化学机械研磨方法平坦化金属层的器件剖面示意图。图2为利用现有的化学机械研磨方法平坦化金属层之前的器件剖面 示意图，如图2所示，在具有导电结构(图中未示出)的衬底201上形成 介质层202，其通常可由氧化硅等材料形成；再利用光刻、刻蚀方法在该 介质层202内形成通孔开口 (其底部与衬底201内的导电结构相连)；接着， 在该介质层202及其通孔开口内沉积金属层203,通常可以是金属钨、铜 等。可以看到，由于通孔开口的存在，沉积的金属层203表面凹凸不平， 需对其进行平坦化处理。现有的金属层研磨处理工艺中，将该平坦化金属层的研磨工艺分为 两步，其中，第一研磨将晶片研磨至表面曝露介质层202为止；第二研磨 再将曝露的介质层略去除一层，令各通孔开口内的金属结构凸出于晶片 表面，以提高通孔开口内的金属结构与后面要形成的上层金属层间的连 接性能。图3为利用现有的化学机械研磨方法进行第 一研磨后的器件剖面示 意图，如图3所示，利用研磨去除金属层203的研磨液对晶片进行第一研 磨，得到不高于介质层202的通孔开口内的金属结构203'。图4为利用现有的化学机械研磨方法进行第二研磨后的器件剖面示 意图，如图4所示，利用研磨介质层202 (通常为氧化硅材料)的研磨液 对晶片进行第二研磨的处理，去除介质层表面的一薄层，令通孔开口内 的金属结构203，凸出于晶片表面，即高于旁边的介质层202。随着晶片内器件尺寸的不断缩小，各金属结构203，间的间距会进一步减小，上述传统的平坦化金属层的方法出现了新的问题在各金属结构 203，之间，常有部分研磨颗粒210夹杂于其间，即^f吏在经过清洗晶片的步 骤后也无法去除，就给器件生产引入了新的颗粒污染源，导致生产的成 品率下降。图5为采用现有的化学机械研磨方法进行清洗后的晶片表面颗粒污 染情况示意图，如图5所示，在晶片501表面存在多处颗粒污染502。为提高化学机械研磨后的晶片表面的清洁度，于2007年10月31曰公 开中公开号为CN101062503A的中国专利申请提出了 一种新的化学机械 研磨后清洗晶片的方法，该方法在清洗时加入了化学药剂以降低晶片表 面的黏性，以提高清洗效果。但该方法主要用于清洗去除研磨后晶片表 面的有机污染源，对于上述因尺寸减小而在各金属结构间夹杂研磨颗粒 的问题该方法无法解决。
技术实现思路
本专利技术提供一种，以改善现有的 研磨金属层后的晶片在清洗后仍易残留部分研磨颗粒的现象。本专利技术提供的一种化学机械研磨方法，包括步骤将待研磨晶片放置于化学机械研磨设备中，且所述晶片上已形成介 质层、位于所述介质层内的通孔开口、以及位于所述通孔开口内及所述 介质层上的金属层；对所述晶片进行第一研磨，令所述晶片表面露出所述介质层，在所 述通孔开口内形成金属结构；对所述晶片进行第二研磨，令所述通孔开口内的金属结构高于所述 介质层；将去离子水与氢氟酸相混合，形成浓度在0.03%至0.08%之间的氢利用所述氢氟酸溶液清洗研磨后的晶片。可选地，所述金属层包括金属鴒或金属铜，所述介质层包括氧化硅层。可选地，所述第二研磨后的金属结构比所述介质层高100至200A。 可选地，将去离子水与氢氟酸相混合包括步骤 将氢氟酸加入去离子水中； 利用泵令加入氢氟酸后的去离子水混合。 可选地，利用所述氢氟酸溶液清洗研磨后的晶片，包括步骤 将所述氢氟酸溶液通入所述清洗槽中； 将所述晶片放入清洗槽中，对所述晶片进行清洗。 优选地，所述氢氟酸溶液的流速在300至800cc/min之间，所述清 洗的时间在20至40秒之间。可选地，利用所述氢氟酸溶液清洗所述研磨后的晶片的同时，还利 用所述氢氟酸溶液清洗研磨垫的修正盘。本专利技术具有相同或相应4支术特征的一种晶片清洗方法，包括步骤提供研磨后的晶片，且所述晶片上具有介质层、位于所述介质层内 的通孔开口、以及位于所述通孔开口内的金属结构，且所述金属结构高 于所述介质层；将去离子水与氢氟酸相混合，形成浓度在0.03°/。至0.08%之间的氢 氟酸溶液；利用所述氢氟酸溶液清洗所述研磨后的晶片。 可选地，所述金属结构包括金属鴒或金属铜，所述介质层包括氧化 硅层。可选地，所述金属结构比所述介质层高100至200A。 可选地，将去离子水与氢氟酸相混合包括步骤将氢氟酸加入去离子水中；利用泵令加入氢氟酸后的去-离子水混合。可选地，利用所述氢氟酸溶液清洗研磨后的晶片，包括步骤 将所述氢氟酸溶液通入所述清洗槽中； 将所述晶片放入清洗槽中，对所述晶片进行清洗。 优选地，所述氢氟酸溶液的流速在300至800cc/min之间，所述清 洗的时间在20至40秒之间。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点本专利技术的，在研磨金属层后，利 用0.03%-0.08%浓度的氢氟酸溶液代替传统的去离子水对晶片进行清 洗，将各金属结构间夹杂的研磨颗粒一一二氧化硅颗粒较为彻底地去除 干净，减少了研磨后晶片表面的颗粒缺陷数。本专利技术的，还同时利用该氢氟酸 溶液清洗了研磨垫的修正盘，以防止修正盘上残留有研磨颗粒，进一步 提高了研磨垫的修复质量，及研磨工艺的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种化学机械研磨方法，其特征在于，包括步骤：　将待研磨晶片放置于化学机械研磨设备中，且所述晶片上已形成介质层、位于所述介质层内的通孔开口、以及位于所述通孔开口内及所述介质层上的金属层；　对所述晶片进行第一研磨，令所述晶片表面露出所述介质层，在所述通孔开口内形成金属结构；　对所述晶片进行第二研磨，令所述通孔开口内的金属结构高于所述介质层；　将去离子水与氢氟酸相混合，形成浓度在０．０３％至０．０８％之间的氢氟酸溶液；　利用所述氢氟酸溶液清洗研磨后的晶片。

【技术特征摘要】
1、一种化学机械研磨方法，其特征在于，包括步骤将待研磨晶片放置于化学机械研磨设备中，且所述晶片上已形成介质层、位于所述介质层内的通孔开口、以及位于所述通孔开口内及所述介质层上的金属层；对所述晶片进行第一研磨，令所述晶片表面露出所述介质层，在所述通孔开口内形成金属结构；对所述晶片进行第二研磨，令所述通孔开口内的金属结构高于所述介质层；将去离子水与氢氟酸相混合，形成浓度在0.03％至0.08％之间的氢氟酸溶液；利用所述氢氟酸溶液清洗研磨后的晶片。2、 如权利要求1所述的化学机械研磨方法，其特征在于所述金 属层包括金属鴒或金属铜，所述介质层包括氧化硅层。3、 如权利要求1所述的化学机械研磨方法，其特征在于所述第 二研磨后的金属结构比所述介质层高100至200A。4、 如权利要求1所述的化学机械研磨方法，其特征在于将去离 子水与氢氟酸相混合包括步骤将氢氟酸加入去离子水中；利用泵令加入氢氟酸后的去离子水混合。5、 如权利要求1或4所述的化学机械研磨方法，其特征在于，利 用所述氢氟酸溶液清洗研磨后的晶片，包括步骤将所述氢氟酸溶液通入所述清洗槽中； 将所述晶片放入清洗槽中，对所述晶片进行清洗。6、 如权利要求5所述的化学机械研磨方法，其特征在于所述氢 氟酸溶液的流速在300至800cc/min之间。7、 如权利要求5所述的化学机械研磨方法，其特征在于所述清 洗的时间...

【专利技术属性】
技术研发人员：李健，李福洪，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]